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第五十章 FATFS实验
上一章实验中已经成功驱动SD卡，并可对SD卡进行读写操作，但读写SD卡时都是直接读出或写入二进制数据，这样使用起来显得十分不方便，因此本章将介绍FATFS，FATFS是一个通用的FAT文件系统模块，能够帮助实现文件系统，方便对SD卡、NOR Flash或其他存储介质中数据的管理。通过本章的学习，读者将学习到FATFS的基本使用。
本章分为如下几个小节：
50.1 硬件设计
50.2 程序设计
50.3 下载验证
50.1 硬件设计
50.1.1 例程功能
- 程序运行后，初始化SD卡，并挂载SD卡和NOR Flash，接着在LCD上显示SD卡的容量信息
- 可通过USMART使用FatFs对SD卡和NOR Flash进行文件系统的相关操作
- LED0闪烁，指示程序正在运行
50.1.2 硬件资源 - LED
LED0 - PF9 - USART1（PA9、PA10连接至板载USB转串口芯片上）
- 正点原子 2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块（仅限MCU屏，16位8080并口驱动）
- SD卡（SDIO驱动）
- NOR Flash（SPI驱动）
50.1.3 原理图
本章实验使用的FATFS为软件库，因此没有对应的连接原理图。
50.2 程序设计
50.2.1 FATFS的使用
FATFS涉及多个文件，在本章实验的配套实验例程中，如下图所示：
图50.2.1.1 实验例程中的FATFS源文件
对于不同的硬件，使用FATFS仅需修改diskio.c和ffconf.h文件即可，并且本章实验配套的实验例程中的FATFS文件已经针对正点原子APM32F407最小系统板进行了移植适配，用户在使用时，仅需直接将这些文件添加到自己的工程，并根据实际需求适当修改diskio.c和ffconf.h文件即可。
为了方便读者使用FATFS，本章实验配套的实验例程另外提供了四个文件，如下图所示：
图50.2.1.2 实验FATFS扩展文件
这几个文件中提供了许多便捷使用和测试FATFS的函数，例如：获取文件类型、获取磁盘剩余容量和复制文件夹等。
50.2.2 实验应用代码
本章实验的应用代码，如下所示：
int main(void)
{
FRESULT res;
uint32_t total;
uint32_t free;
NVIC_ConfigPriorityGroup(NVIC_PRIORITY_GROUP_3); /* 设置中断优先级分组为组3 */
sys_apm32_clock_init(336, 8, 2, 7); /* 配置系统时钟 */
delay_init(168); /* 初始化延时功能 */
usart_init(115200); /* 初始化串口 */
usmart_dev.init(84); /* 初始化USMART */
led_init(); /* 初始化LED */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
my_mem_init(SRAMIN); /* 初始化内部SRAM内存池 */
my_mem_init(SRAMCCM); /* 初始化CCM内存池 */
lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "APM32", RED);
lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "FATFS TEST", RED);
lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "Use USMART for test", RED);
while (sd_init() != 0) /* 初始化SD卡 */
{
lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "SD Card Error!", RED);
delay_ms(500);
lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "Please Check! ", RED);
delay_ms(500);
LED0_TOGGLE();
}
exfuns_init(); /* 为exfuns申请内存 */
f_mount(fs[0], "0:", 1); /* 挂载SD卡 */
res = f_mount(fs[1], "1:", 1); /* 挂载NOR Flash */
if (res == FR_NO_FILESYSTEM) /* 没有文件系统，需要进行格式化 */
{
lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "Flash Disk Formatting...", RED);
res = f_mkfs("1:", NULL, NULL, FF_MAX_SS); /* 格式化NOR Flash */
if (res ==FR_OK) /* 格式化完成 */
{
/* 设置NOR Flash磁盘的名字为：ALIENTEK */
f_setlabel((const TCHAR *)"1:ALIENTEK");
lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16,
"Flash Disk Format Finish", RED);
}
else /* 格式化失败 */
{
lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16,
"Flash Disk Format Error ", RED);
}
delay_ms(1000);
}
lcd_fill(30, 150, 240, 150 + 16, WHITE);
while (exfuns_get_free("0", &total, &free) != 0) /* 获取SD卡容量 */
{
lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "SD Card FatFs Error!", RED);
delay_ms(200);
lcd_fill(30, 150, 240, 150 + 16, WHITE);
delay_ms(200);
LED0_TOGGLE();
}
lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "FATFS OK!", BLUE);
lcd_show_string(30, 170, 200, 16, 16, "SD Total Size: MB", BLUE);
lcd_show_string(30, 190, 200, 16, 16, "SD Free Size: MB", BLUE);
lcd_show_num(30 + 8 * 14, 170, total >> 10, 5, 16, BLUE);
lcd_show_num(30 + 8 * 13, 190, free >> 10, 5, 16, BLUE);
while (1)
{
delay_ms(200);
LED0_TOGGLE();
}
}
可以看到，本实验的应用代码中，使用函数exfuns_init()函数为使用和测试FATFS完成一些必要的初始化后，便挂载了SD卡和NOR Flash，并且在NOR Flash上没有文件系统的情况下对其进行格式化，随后借助函数exfuns_get_free()获取SD卡的总容量和剩余容量，并且将其在LCD上进行显示。
本实验还使用到了USMART调试组件，方便使用串口调试助手测试FATFS，usmart_config.c文件中添加的函数，如下所示：
struct _m_usmart_nametab usmart_nametab[] =
{
#if USMART_USE_WRFUNS == 1 /* 如果使能了读写操作 */
(void *)read_addr, "uint32_t read_addr(uint32_t addr)",
(void *)write_addr, "void write_addr(uint32_t addr,uint32_t val)",
#endif
(void *)delay_ms, "void delay_ms(uint16_t nms)",
(void *)delay_us, "void delay_us(uint32_t nus)",
(void *)mf_init, "uint8_t mf_init(void)",
(void *)mf_free, "void mf_free(void)",
(void *)mf_mount, "uint8_t mf_mount(uint8_t *path, uint8_t mt)",
(void *)mf_open, "uint8_t mf_open(uint8_t *path, uint8_t mode)",
(void *)mf_close, "uint8_t mf_close(void)",
(void *)mf_read, "uint8_t mf_read(uint16_t len)",
(void *)mf_write, "uint8_t mf_write(uint8_t *pdata, uint16_t len)",
(void *)mf_opendir, "uint8_t mf_opendir(uint8_t *path)",
(void *)mf_closedir, "uint8_t mf_closedir(void)",
(void *)mf_readdir, "uint8_t mf_readdir(void)",
(void *)mf_scan_files, "uint8_t mf_scan_files(uint8_t *path)",
(void *)mf_showfree, "uint32_t mf_showfree(uint8_t *path)",
(void *)mf_lseek, "uint8_t mf_lseek(uint32_t offset)",
(void *)mf_tell, "uint32_t mf_tell(void)",
(void *)mf_size, "uint32_t mf_size(void)",
(void *)mf_mkdir, "uint8_t mf_mkdir(uint8_t *path)",
(void *)mf_fmkfs,
"uint8_t mf_fmkfs(uint8_t *path, uint8_t opt, uint16_t au)",
(void *)mf_unlink, "uint8_t mf_unlink(uint8_t *path)",
(void *)mf_rename, "uint8_t mf_rename(uint8_t *oldname, uint8_t *newname)",
(void *)mf_getlabel, "void mf_getlabel(uint8_t *path)",
(void *)mf_setlabel, "void mf_setlabel(uint8_t *path)",
(void *)mf_gets, "void mf_gets(uint16_t size)",
(void *)mf_putc, "uint8_t mf_putc(uint8_t c)",
(void *)mf_puts, "uint8_t mf_puts(uint8_t *str)",
};
这么一来便可以通过串口调试助手借助USMART调试组件对FATFS进行测试。
50.3 下载验证
在完成编译和烧录操作后，将准备好的SD卡插入开发板板载的SD卡卡座（请确保SD卡中没有有用的数据，或已做好备份），接着若SD卡和NOR Flash都初始化并挂载和格式化成功，便能在LCD上看到SD卡的总容量和剩余容量。
接下来便可以通过串口调试助手借助USMART对FATFS进行测试，例如：“mf_scan_files(”0:”)和“mf_scan_files(”1:”)”可分别查看SD卡和NOR Flash中文件系统根目录下的目录结构等。
